Диуретическая и ионоуретическая функция почек у крыс при длительном потреблении питьевой воды с повышенным содержанием магния и кальция

      МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
      ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО  ОБРАЗОВАНИЯ
      «НОВОСИБИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»
      ИНСТИТУТ ЕСТЕСТВЕННЫХ И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ НАУК
      КАФЕДРА АНАТОМИИ, ФИЗИОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
      
      
      
      
      
     ДИУРЕТИЧЕСКАЯ И ИОНОУРЕТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ПОЧЕК У КРЫС ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ПОТРЕБЛЕНИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ МАГНИЯ И КАЛЬЦИЯ
      Дипломная работа по дисциплине: Физиология человека
        

      

      Выполнил студент группы  410
      Ксения Владимировна Никитина  ___________
        (					(подпись, дата)
      Направление подготовки: 06.03.01 Биология, Общая биология 
      Профиль: Биология, Общая биология 
      Форма обучения: очная
      Научный руководитель 
      д-р биол. наук, профессор, 
      зав. кафедрой анатомии, физиологии и БЖ 
      Роман Иделевич Айзман
      ______________
        (подпись)
      _____________
        (оценка)
      ___  ________ 20__г.
      
                                                         Новосибирск 2018
     
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ	3
ВВЕДЕНИЕ	4
ГЛАВА 1 ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИОНОВ Ca2+,Mg2+ и K+ в организме……….	6
1.1 Роль ионов в физиологических процессах в организме…………………………6
1.1.1 Физиологическая роль кальция	6
1.1.2 Физиологическая роль магния	8
1.1.3 Физиологическая роль калия 	10
1.2 Регуляция ионного гомеостаза у высших животных и человека……………………………………….………...……………………………..12
1.2.1 Регуляция гомеостаза кальция …..………………….........................................12
1.2.2 Регуляция гомеостаза магния ………………………………………………….16
1.2.3  Регуляция гомеостаза калия…………………………………………………...19
1.3 Взаимосвязь метаболизма ионов в организме…………………………………..25
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………..28
2.1. Материалы и дизайн экспериментов……………………………………………28
2.2. Методики исследования…………………………………………………………32
2.3. Расчетные методы оценки функции почек………………………………….….35
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………………………36
3.1. Оценка диуретической функции почек…………………………………………36
3.2. Оценка  ионоуретической функций почек……………………………………...40
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ…………………………….………………..47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………………..52


     
    
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
     АТФ – аденозинтрифосфат
     ДГХК – дигидроксихолекальциферол
     ЕД – единица действия
     ЖКТ – желудочно-кишечный тракт
     ИБС – ишемическая болезнь сердца
     Ммоль – миллимоль
     ОЦК –  объем циркулирующей крови
     ПВ – питьевая вода
     ПДК– предельно допустимая концентрация
     ПТГ – паратиреоидный гормон
     РНК – рибонуклеиновая кислота
     СКФ – скорость клубочковой фильтрации
     V – диурез, мл/100 г.час; 
     RH2O – относительная реабсорбция жидкости, %; 
     Cosm – очищение осмотически активных веществ, мл/100 г.час; 
     Uosm – осмотическая концентрация мочи, мосм/л.

     
ВВЕДЕНИЕ
     Актуальность темы. Значение различных ионов  в организме огромно: они создают биоэлектрические мембранные потенциалы, участвуют в обмене веществ, утилизации кислорода, переносе и сохранении энергии, деятельности органов и клеток. От минерального состава питьевой воды в значительной степени зависит качество жизни и здоровье населения.
      С водой человек получает 10–25 % суточной потребности химических веществ. Для организма человека в отношении каждого макро- и микроэлемента существуют пределы концентраций, понижение или повышение которых в питьевой воде (ПВ) вызывает определенные физиологические сдвиги или патологические состояния. Одним из основных параметров несоответствия норме является содержание в ПВ солей Са2+  и Mg2+, определяющих ее жесткость [6]. Во многих районах страны в воде отмечается повышенное содержание солей кальция и магния, определяющих ее жесткость. Известно, что чем выше жесткость воды, тем больше ее негативное влияние на организм.
     Необходимо отметить, что ионизированные минералы питьевой воды имеют высокие показатели физиологической активности, биологической доступности и всасывания. Поэтому, даже относительно небольшие концентрации вносимых в питьевую воду минеральных веществ могут давать выраженный физиологический эффект [1].
     Дефицит и дисбаланс Са2+ и Mg2+ можно рассматривать в качестве потенциальных факторов риска возникновения у населения мочекаменной болезни, заболеваний кожи, сердечно-сосудистой системы и органов пищеварения [9]. Однако в последние годы в ряде работ говорится, что такие показатели ПВ как жесткость, содержание Са2+ и Mg2+ не оказывают влияния на заболеваемость сердечно-сосудистой системы Mg2+ и смертность от ишемической болезни сердца (ИБС) и инсульта [9]. В аналитическом обзоре английских ученых также приводятся противоречивые результаты о влиянии жесткости ПВ и содержания в ней Са2+ и Mg2+ на возникновение сердечно-сосудистых заболеваний. В исследовании нидерландских ученых показано отсутствие значимой связи между жесткостью ПВ, содержанием в ней Са2+. При этом большинство авторов указывает на наличие обратной связи между уровнем Mg2+ в ПВ и болезнями сердечно-сосудистой системы [7, 9]. Значительно меньше данных о влиянии избытка Са2+ и Mg2+ на функциональное состояние различных органов и систем. 
     В то же время в имеющейся литературе нет критериев для количественной оценки возможного риска, связанного с повышенной жесткостью питьевой воды на органы и системы организма. Учитывая, что основным эффектором гомеостатической системы регуляции магниевого гомеостаза являются почки [9],  представляло интерес изучить функции почек у животных при длительном потреблении ПВ с повышенным содержанием Mg2+ и Са2+.
     Почки, регулируя реабсорбцию и секрецию различных ионов в почечных канальцах, поддерживают их необходимую концентрацию в крови.
     Целью работы явилось изучение диуретической и ионоуретической функции почек у крыс при длительном потреблении питьевой воды с повышенным содержанием магния и кальция.
     Для осуществления указанной цели были поставлены и реализованы следующие задачи:
* провести анализ литературы о влиянии кальция и магния на организм и функциональные процессы
* проанализировать влияние повышенного содержания в питьевой воде кальция и магния на диуретическую функцию почек
* проанализировать влияние повышенного содержания в питьевой воде кальция и магния на ионоуретическую функцию почек
* разработать предложения по определению гигиенически допустимого содержания кальция и магния в питьевой воде при длительном ее потреблении

    
ГЛАВА 1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИОНОВ CA2+, Mg2+ и K+ 
     В ОРГАНИЗМЕ
     1.1 Роль ионов в физиологических процессах в организме
      
     1.1.1 Физиологическая роль кальция

     В составе человеческого тела кальций является самым распространённым минералом, и занимает пятое место, после кислорода, углерода, водорода и азота, составляя 1,9% от общей массы тела. Почти весь кальций (99%) от его общего количества находится в скелете, оставшийся 1% в равной степени распределён между зубами и мягкими тканями, и лишь 0,1% находится во внеклеточной жидкости [11].
     Кальций жизнеобеспечивающее вещество для организма. Норма содержания кальция в крови обеспечивает человеку активность, бодрость и уравновешенность. Поэтому для поддержания достаточного его количества нужно знать его норму. Нормой Ca2+ в крови у взрослого человека считаются показатели от 2,2 до 2,50 ммоль/л, у детей до 12 лет - эти показатели несколько выше – до 2,75 ммоль/л. Рекомендуемая норма потребления в сутки кальция взрослыми людьми должна быть в пределах от 800 до 1200 мг, детей – 800мг. [32].
     Роль кальция в организме человека очень велика. Главная функция этого макроэлемента – функция структурного материала, создание и поддержание пoлнoцeнныx зубов и кocтeй. B составе костной ткани кальций содержится в двух формах: свободной и связанной. Если резервы минерального вещества в свободной форме истощены, извлекается кальция из костей для поддержания уровня в крови. Каждый год на 20% происходит обновление костей в opгaнизмe взрослого человека. 
     Кроме нужд костной системы, поддержание в организме постоянной концентрации ионизированного кальция необходимо для нормального функционирования нервно-мышечного аппарата и, возможно, для обеспечения таких функций клетки, как секреция и транспорт [28].
     Кальций влияет на сокращение мышц, влияет на работу сердечной мышцы, координирует сердцебиение. Он необходим для передачи нервных импульсов, активируя действие ферментов, участвующих в синтезе нейротрансмиттеров  [28].
     Принимает участие в свертывании крови, повышает эффект витамина К (протромбина), который является основным фактором нормального свертывания крови. Кальций влияет на проницаемость мембран, требуется для транспортировки питательных веществ и других соединений через клеточные мембраны. Он способствует укреплению иммунной системы, синтезу и активации многих активирующих ферментов и гормонов (оказывает десенсибилизирующее и противовоспалительное действие на функцию эндокринных желез), которые принимают участие в пищеварении, синтезе слюны и метаболизме жиров  [31].
1.1.2 
Физиологическое значение магния

     Магний впервые был выделен английским химиком Г. Дэви в 1808 г. Это главный двухвалентный металл второй группы периодической системы Менделеева; в ионизированной форме он представляет собой катион (Mg2+). Магний является одним из самых распространенных элементов на земле (занимает 8-е место). Особенно много магния в воде мирового океана (0,13%), которая по электролитному составу близка к плазме крови [36].
     Среди множества катионов, присутствующих в организме человека, ионы магния по концентрации занимают в организме в целом 4-е место, а в клетке – 2-е место. В настоящее время установлено, что в геноме человека находится не менее 290 генов, которые отвечают за синтез белков, способных связывать магний. В качестве кофактора различных ферментов магний участвует более чем в 300 внутриклеточных биохимических реакциях. 
     Будучи естественным антагонистом кальция, магний является универсальным регулятором биохимических и физиологических процессов в организме: обеспечивает гидролиз АТФ, ингибируя разобщение окисления и фосфорилирования; регулирует гликолиз, минимизируя накопление лактата; способствует фиксации калия в клетках, обеспечивая поляризацию клеточных мембран; контролирует спонтанную электрическую активность нервной ткани и проводящей системы сердца; контролирует нормальное функционирование кардиомиоцитов [11].
     У человека распределение запасов магния имеет свои особенности: примерно 60% магния находится в костной ткани, дентине и эмали зубов, 20% – в тканях с высокой метаболической активностью (сердце, мышцы, печень, надпочечники, почки), 20% – в мозге и нервной ткани, всего 0,3% приходится на плазму крови. При этом 90% ионов магния сконцентрировано внутри клеток в форме фосфатной связи Mg2+ ? АТФ (30% в митохондриях, 50% в цитозоле, 10% в ядре клетки), и только 10% всего магния в организме человека находится вне клеток [10].
     Наиболее общий эффект воздействия магния на любую ткань заключается в том, что ионы Mg2+ стабилизируют структуру транспортной РНК (тРНК), контролирующей общую скорость ресинтеза внутриклеточных белков. При дефиците магния происходит дестабилизация транспортных – некодирующих РНК (увеличивается число дисфункциональных молекул РНК), что сопровождается снижением и замедлением скорости синтеза белковых структур клеток с относительным преобладанием процессов апоптоза. Ионы магния необходимы для функционирования сердечно-сосудистой, нервной, мочевыделительной и других систем человеческого организма [3].
1.1.3 
Физиологическая роль калия

     Калий, являясь одним из основных внутриклеточных катионов, относится к необходимым макроэлементам организма, играет важную роль в регуляции водно-солевого обмена и кислотно-щелочного состояния [4].
     В организме калий участвует в регуляции сердечных сокращений, внутриклеточного обмена, активации ферментов, в деятельности нервной системы, а также является важным регулятором метаболизма. Калийные соли легко абсорбируются и быстро удаляются из организма через мочу, пот и ЖКТ [30]. 
     Калий поддерживает необходимый трансмембранный потенциал клетки, участвуя в калий-натриевом насосе, гарантируя, что клетка выполняет свои основные функции. Участвует в сокращении мышечного волокна (костно-мышечной системы, дыхательных мышц, миокарда, гладких мышц стенки кишечника, артериол, матки). Следовательно, становится очевидной важность калия для нормального функционального состояния сердечной мышцы. При некоторых нарушениях ритма сердца особенно рекомендуются препараты калия [4].
     Также важна роль этого макроэлемента в поддержании нормальной двигательной активности ЖКТ. Низкое содержание ионов калия в крови приводит к развитию запора, атонии кишечника. Он необходим для синтеза оксигемоглобина внутри эритроцитов и процессов восстановления оксигемоглобина в тканях.
     Калий - это катион основных внутриклеточных буферных систем (фосфатных и белковых), которые обеспечивают стабильность внутренней среды клетки и нормальное функционирование ферментных систем клетки. Участвует в процессах синтеза и накопления энергии в митохондриях клетки [6].
     Главнейшим депо калия в организме является мышечная ткань, содержание его может доходить до 500 мг%, причем мышцы захватывают преобладающую часть калия, вводимого в организм. Также депо калия – это печень, в клетках которой этот ион связан с гликогеном, фосфорными соединениями и белком. В эритроцитах концентрация калия составляет 105 ммоль/л, в миофибриллах мышечного волокна – 150–170 ммоль/л, в клетках печени - 180 ммоль/л [32].
     В слюне концентрация калия – 20 ммоль/л, желудочном соке – 10-15 ммоль/л, жидком кале – 40 ммоль/л [3].
     Большое количество калия содержится в растительной пище, мясе и морской рыбе. В растительных продуктах, в отличие от животных, калий во много раз больше натрия.
     Потребность в калии увеличивается при недостаточности кровообращения, артериальной гипертензии, некоторых заболеваний почек, диарее и повторной рвоте [35].
     
1.2 Регуляция ионного гомеостаза у высших животных и человека
     
     1.2.1 Регуляция гомеостаза кальция
     Нормальная стабильная регуляция содержания кальция в организме определяется количеством кальция, поставляемого с пищей, и, что более важно, различными биохимическими и гормональными факторами. Нарушение любой из этих систем с патологическими состояниями сопровождается нарушением гомеостаза кальция, проявлением которого может быть гипер- или гипокальциемия [11].
     Весь кальций в тканях и жидкостях организма поступает из пищи. Количество кальция, которое поглощается в кишечнике, в конечном счете определяется его потреблением с пищей и различными факторами, связанными с пищеварением. У детей кальций абсорбируется в кишечнике и сохраняется в организме для обеспечения роста костей, тогда как у взрослых потребление кальция необходимо для компенсации постоянных потерь с мочой и фекалиями. У беременных и кормящих женщин потребность в кальции больше, потому что это необходимо для формирования скелета плода и секреции молока. Почки регулируют выделение кальция из-за механизмов, которые влияют на его реабсорбцию в почечных канальцах. Как и у детей и взрослых, адаптация к изменениям потребления и потери кальция происходит из-за изменения его абсорбции в кишечнике, что помогает удовлетворить потребности костной системы и поддерживать баланс кальция [28].
     Адаптационными механизмами, которые регулируют баланс кальция, являются изменения в секреции определенных гормонов.
     Основными биохимическими факторами гомеостаза этого элемента являются те, которые участвуют в поддержании целостности скелета и влияют на изменение массы тела и мышечной активности. Любое заболевание, которое нарушает осаждение кальция в костях, может привести к нарушениям в регуляции  его метаболизма с изменением концентрации в сыворотке крови [11].
     В крови кальций содержится в трех формах: ионизированном, связанном с белками и комплексном. Комплексная фракция составляет приблизительно 10% от общего количества кальция и представляет собой соединение кальция с фосфатом, бикарбонатом, цитратом и другими ионами. Фракция, связанная с белками, составляет приблизительно 40%, причем основным связывающим белком является альбумин. Ионизированная фракция составляет около 50% от общего количества кальция в сыворотке. Он считается физиологически активной фракцией, которая не только находится под контролем гуморальных механизмов, но и сама влияет на секрецию гормонов. Снижение концентрации ионизированного кальция в сыворотке является основным стимулом формирования и секреции паратиреоидного гормона (ПТГ). Относительное постоянство концентрации кальция в сыворотке крови сохраняется из-за механизма обратной связи между концентрацией этого иона в сыворотке и секрецией ПТГ. Кальций-чувствительные паратиреоидные рецепторы мгновенно реагируют на изменения концентрации ионизированного кальция в сыворотке, вызывая повышенное образование и секрецию ПТГ [7].
     В гормональной регуляции баланса кальция участвуют паратиреоидный гормон (ПТГ), 1,25-дигидроксихолекальциферол (1,25-ДГХК) и кальцитонин (Рис.1). Специфическая физиологическая роль кальцитонина у человека недостаточно изучена и требует дальнейшего разъяснения. Однако недавно было высказано предположение, что кальцитонин участвует в поддержании стабильного состояния баланса кальция. Согласно этой теории, кальцитонин играет роль в транспорте кальция после его абсорбции в кишечнике в жидкие пространства костей, где он временно хранится, и откуда он может быть возвращен в интерстициальное пространство в промежутках между приемом внутрь кальция. Существует ряд гормонов, участвующих в обмене кальция и поддерживающих целостность скелета, которые, однако, имеет только вспомогательную роль: это гормон роста, пролактин, половые стероидные гормоны, тироксин и кортизол. Основные гормоны регулируют гомеостаз кальция, влияя на уровень отложения кальция и экскреции в костях, почечную экскрецию и абсорбцию кальция в ЖКТ.

+ активация процесса; –  торможение процесса;
цикл тиреокальцитонина;          цикл паратгормона. 
Рисунок 1. Гормональное звено механизма регуляции метаболизма кальция.
     
     Физиологический эффект ПТГ охватывает ткани-мишени почек, костей и ЖКТ. В тканях-мишенях ПТГ влияет на специфические рецепторы клеточной мембраны, которые связаны с аденилатциклазой; В результате освобождается цАМФ, который передает сигналы внутри клетки. Эффект ПТГ на почку сопровождается увеличением экскреции цАМФ с мочой, что имеет важное дифференциальное диагностическое значение. Физиологические эффекты ПТГ в почках заключаются в регулировании высвобождения кальция, фосфора и других ионов, а также в отношении образования 1,25-ДГХК. В отсутствие ПТГ 97% отфильтрованного кальция реабсорбируется в почечных канальцах. ПТГ увеличивает трубчатую реабсорбцию кальция, увеличивая порог реабсорбции почек этого иона и, следовательно, концентрацию кальция в сыворотке. Физиологический эффект ПТГ на кости заключается в том, что он вызывает увеличение уровня резорбции, при котором подавляется минеральная и коллагеновая фазы, а кальций высвобождается в канал кровообращения [13].
     Основными биологическими объектами воздействия 1,25-ДГХК являются кости и ЖКТ, где он связывается с конкретными рецепторами клеточных ядер. Несмотря на то, что кальций способен пассивно диффундировать через стенку кишечника при  достаточном  поступлении его пищей, активный перенос кальция через стенку кишечника без 1,25-ДГХК практически отсутствует; 1,25-ДГХК приводит к значительному увеличению активного транспорта кальция и вызывает увеличение его концентрации в сыворотке [14].
     Процесс минерализации может влиять на внеклеточную концентрацию кальция, а также факторы, регулирующие соотношение процессов резорбции и минерализации в костях [14].
     
1.2.2 Регуляция гомеостаза магния
     
     Несмотря на большую «гетерогенность» методов оценки состояния магния и очевидные проблемы, связанные с точностью определения концентрации магния в различных органах и тканях, получены довольно четкие представления о регуляции его гомеостаза. Абсорбция магния кишечным эпителием является критической для гомеостаза магния у всех позвоночных. У людей это происходит главным образом в подвздошной и толстой кишке. В этом случае не более 30% поступившего магния адсорбируется в ЖКТ. Процесс адсорбции обеспечивается пассивными (парацеллюлярными) и активными (трансклеточными) транспортными механизмами [36].
     Основным регулятором гомеостаза магния являются почки. Уменьшение потребления магния у людей с нормальной функцией почек приводит к уменьшению выделения магния почками [19], в то время как увеличение потребления магния из пищи приводит к увеличению выделения магния в моче без изменения концентрации в  сыворотке [19].
     Контроль гомеостаза магния по всему организму в основном осуществляется на уровне отдельных сегментов нефрона в почках. Около 80% общего количества магния в сыворотке фильтруются через клубочковую мембрану. При скорости клубочковой фильтрации 125 мл/мин объемы отфильтрованного магния составляют около 140 ммоль в день. Из этой суммы почка поглощает около 80-99%, а 1-20% отфильтрованного магния выводится с окончательной мочой [25].
     Проксимальный каналец поглощает 5-15%, толстая восходящая часть петли Генли поглощает 70-80%, а дистальный каналец возвращает около 5-10% отфильтрованного магния. Хотя дистальный каналец реабсорбирует только 10% магния, профильтрованного через клубочек, это количество является значительным, так как на его долю приходится 60-70% магния, который вошел в сегмент из петли Генле [37]. Только небольшое количество магния реабсорбируется в собирательных трубочках за пределами дистального канальца, так что трубчатые сегменты, составляющие часть этой части нефрона, играют важную роль в определении окончательной экскреции магния с мочой. 
     Было показано, что пептидные гормоны (паратиреоидный гормон, кальцитонин, глюкагон и аргинин-вазопрессин) усиливают поглощение магния в дистальном канальце и в клетках медуллярной части дистального извитого канальца. Простагландин E2 стимулирует этот процесс, как и цАМФ-зависимая протеинкиназа А, фосфолипаза С и протеинкиназа С. Стероидные гормоны также участвуют в дистальном переносе магния. Альдостерон усиливает проникновение ионов магния в клетки мозгового отдела дистального извитого канальца одновременно с синтезом цАМФ, хотя он не меняет базального поглощения магния. Кальцитриол, напротив, стимулирует базальное всасывание. Увеличение концентрации магния или кальция в плазме активирует внеклеточные Ca2 + / Mg2+ -чувствительные рецепторы, что сопровождается ингибированием накопления цАМФ и уменьшением поглощения магния клетками медуллярной части дистального извитого канальца [10].
     Уменьшение концентрации магния в плазме увеличивает реабсорбцию Mg2+, не влияя на поглощение кальция. Эта селективность клеток обеспечивает чувствительный контроль переноса магния в дистальных извитых канальцах [10]. Механизмы, которые лежат в основе влияния гормонов на перенос магния, обсуждавшиеся выше, в большинстве случаев не выяснены. Их определению, по-видимому, будет способствовать информация, полученная к настоящему времени о генетическом контроле гомеостаза магния у людей. Общая схема гормональной регуляции гомеостаза магния представлена на рисунке 2.	
     									
		АКТГ – адренокортикотропный гормон; АДГ – антидиуретический гормон;
+ активация процесса; –  торможение процесса;
Рисунок 2. Схема механизма регуляции метаболизма магния.
     														
     
1.2.3 Регуляция гомеостаза калия
     
     Поступивший в организм катион всасывается в ЖКТ, обменивается с  калием, который находится в организме, и выводится из организма. Подавляющее количество калия (около 90%) выделяется почками, около 10% через кишечник, небольшая часть этого катиона выделяется кожей. Здоровый человек выводит столько калия в день, сколько потребляет, поэтому мы можем сказать, что он существует в состоянии баланса калия [11]. При обычной среднестатистической европейской диете взрослый ежедневно получает 60-120 ммоль калия с пищей, и такое же количество этого элемента выводится из организма. Тем не менее, система гомеостаза калия организована таким образом, что здоровый индивидуум может нормально жить на гораздо более высоком уровне (600-700 ммоль / день) или намного меньше приема этого катиона. В таких ситуациях экскреция калия просто увеличивается или уменьшается, и тело возвращается к состоянию равновесия этого элемента. Тем не менее, долгосрочное ограничение потребления калия все же чревато негативными последствиями, поскольку почки не могут уменьшить выделение калия до значений менее 10-15 ммоль/день. Поэтому минимальное необходимое потребление калия считается 40-50 ммоль/день. Поглощение калия в тонком кишечнике зависит от трансэпителиального переноса натрия и воды и, по-видимому, не имеет специфических регуляторных механизмов. Напротив, в толстой кишке калий подвергается абсорбции и секреции, и эти процессы имеют регуляторные механизмы, которые во многом аналогичны тем, которые действуют в почечном эпителии [11].
     Регуляция внутреннего баланса калия определяется способностью тканевых депо абсорбировать К+ из крови или отдавать его при понижении концентрации катиона в плазме. Депонирование или отдача калия клетками зависит от трансмембранного градиента К+, активности К+-транспортеров, проводимости К+-каналов, внутри- и внеклеточного рН. Метаболический алкалоз, альдостерон, катехоламины (?-агонисты), инсулин стимулируют депонирование калия в тканях, тогда как ?-агонисты, дофамин, ацидоз и пониженная концентрация калия в плазме усиливают выход К+ из клеток. В настоящее время считается общепризнанным, что активность ионных транспортеров регулируется гормонами через каскад реакций фосфорилирование/дефосфорилирование. Реакция на гормоны зависит от возраста в связи с различной экспрессией рецепторов или внутриклеточных мессенджеров [13]. 
     Существует комплексная нейрогуморальная система регуляции гомеостаза калия (рис. 3). В основе нервной регуляции лежат рефлекторные механизмы. Информационное звено рефлекса, регулирующего гомеостаз калия, локализуется в печени. Анализ рецепторного аппарата печени показал его сложную структуру:   он включает специфические рецепторы для ионов калия и натрия и менее дифференцированные нервные окончания - осморецепторы. Афферентные пути рефлекса, регулирующие выделение калия, представлены волокнами блуждающих нервов. Центры этого рефлекса представлены ядрами гипоталамуса, а эфферентное звено представлено гормонами – АДГ, альдостероном, инсулином и другими менее изученными факторами [19].
     Выводится калий в основном почками и для поддержания его равновесия необходимо, чтобы количество калия, выделенного с мочой, равнялось количеству калия, абсорбированному в ЖКТ. Имеется еще один фактор, определяющий концентрацию калия во внеклеточной жидкости – рН внеклеточной жидкости. Изменение рН (концентрации водородных ионов) приводит к значительным перемещением калия между внеклеточной жидкостью и внутриклеточной. Некоторыми учеными показано, что снижение рН (ацидоз) внеклеточной жидкости приводит к выходу калия из клетки, а ионы водорода перемещаются внутрь клетки. Подсчитано, что изменение рН на 0,1 ЕД сопровождается изменением концентрации калия внеклеточной жидкости примерно на 0,6 ммоль/л (от 0,24 до 1,7) хотя, по мнению некоторых исследователей, эта величина целиком зависит от причины, приведшей к ацидозу [19].
     Дистальные сегменты нефрона способны как реабсорбировать, так и секретировать калий. На процесс канальцевой секреции калия оказывают влияние много факторов. По механизму действия их можно разбить на 5 больших групп
     Ими являются:
     1) наличие разницы концентраций калия с двух сторон люминальной мембраны;
     2) наличие разницы электрических потенциалов с двух сторон эпителия дистальных канальцев;
     3) особенности проницаемости люминальной канальцевой мембраны;
     4) скорость тока в канальцах;
     5) другие факторы, изменяющие содержание калия во внеклеточной жидкости [30].
     Известно, что в норме существует разница концентраций веществ, в том числе и калия, по обе стороны мембраны канальцевого эпителия, что способствует диффузии калия из клеток в просвет канальца, потому что концентрация калия в клетках эпителия канальцев выше, чем в жидкости, находящейся в канальце. Как отмечалось ранее, на содержание внутриклеточного калия большое влияние оказывает рН, а изменение внутриклеточной концентрации калия изменяет величину концентрационной разницы и скорости канальцевой секреции калия. Например, из клинической практики, известно, что при алкалозе наблюдается повышение экскреции калия с мочой (калийурез). Связано это с тем, что при алкалозе отмечается перемещение калия из плазмы в клетку, соответственно, изменяется концентрационный градиент и увеличивается секреция калия в просвет канальца. С другой стороны, ацидоз оказывает противоположное действие [27].
     Остается не до конца выяснено, влияет ли альдостерон на перемещение калия внутрь клетки подобно инсулину, но то, что он является, основным фактором, стимулирующим секрецию калия, сомнений не вызывает [19].
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     Рисунок 3. Схема рефлекторного механизма регуляции гомеостаза калия.
     
     Следующий по значимости влияния фактор – наличие разницы электрических потенциалов с двух сторон эпителия дистальных канальцев. Дистальные сегменты нефрона, участвующие в секреции калия, обладают значительной разницей электрических потенциалов с двух сторон канальцевой стенки [19].  Основным фактором, поддерживающим эту разность потенциалов, является активная реабсорбция натрия из просвета канальца. Так, установлено, что внутриклеточная мембрана является отрицательно заряженной по отношению к люминальной жидкости, тогда как кровь (перитубулярная жидкость) является положительно заряженной по отношению к цитоплазме клетки. При изменении ОЦК (дегидратации) происходит повышение проксимальной реабсорбции натрия и, соответственно, снижение количества натрия, поступающего в дистальные сегменты нефрона. Это снижает величину транстубулярной разности потенциалов и уменьшает экскрецию калия с мочой. Наоборот, при гипергидратации из-за увеличения поступления натрия в дистальные сегменты нефрона увеличивается разность потенциалов и повышается экскреция калия с мочой (калийурез). [19]
     Некоторые вещества, например, карбенициллин, накапливающийся в высоких концентрациях в дистальных канальцах, увеличивает электрический градиент за счет повышения люминального отрицательного заряда. Канальцевая секреция калия при этом возрастает. Этот же механизм задействован в тех случаях, когда отмечается присутствие в просвете канальцев некоторых анионов (бикарбонатов, сульфатов). Калийурез также имеет место при проксимальном почечном канальцевом ацидозе и некоторых вариантах метаболического алкалоза, то есть состояний, при которых канальцевая жидкость дистальных сегментов нефрона содержит значительные концентрации бикарбоната натрия [28]. 
     Третьим фактором, играющим значительную роль в экскреции калия с мочой, является проницаемость канальцевой люминальной мембраны. Считается, что действие минералокортикоидных гормонов осуществляется во многом за счет заметного увеличения проницаемости люминальной мембраны для калия. 
     В-четвертых, имеет значение скорость канальцевого тока жидкости, поскольку изменение скорости приводит к изменению разницы концентраций калия с двух сторон люминальной мембраны. Повышение скорости тока жидкости (или объема), как это отмечается при лечении диуретиками, усиливает экскрецию калия с мочой вследствие снижения внутриканальцевой концентрации этого катиона, поддерживая таким способом разницу концентраций, способствующую секреции калия из клеток в просвет канальца [21].
     И наконец, некоторые гуморальные и не гуморальные стимулы приводят к тому, что концентрация калия во внеклеточной жидкости может меняться. Их механизм действия заключается в обеспечении трансмембранного транспорта калия между внутриклеточной и внеклеточной жидкостью. Наиболее существенное влияние оказывает инсулин. Повышение концентрации инсулина приводит к повышенному поступлению калия внутрь клеток, вызывая таким образом снижение концентрации калия во внеклеточной жидкости. Этот факт достаточно широко используется при лечении гиперкалиемии. Установлено, что подобным эффектом обладают также катехоламины. Кроме того, изменение экскреции калия может быть связано с изменением количества катиона в канальцевых клетках или изменении активности Na, К-АТФазы [21].
     Значимое влияние на уровень внутриклеточного калия оказывает осмолярность плазмы крови: при гиперосмии концентрация калия в плазме крови увеличивается. Этот факт известен уже более 70 лет, хотя и до сегодняшнего дня, редко учитывается в клинической практике.
     Таким образом, калий является одним из основных внутриклеточных катионов, обеспечивающих многие физиологические процессы в организме и имеющим сложную нейрогуморальную регуляцию баланса. 
     
1.3.  Взаимосвязь метаболизма ионов в организме
     
     В последние годы возрастает интерес к изучению биологической роли макро- и микроэлементов. Особое внимание не случайно уделяется калию, кальцию и магнию как одним из наиболее распространенных внутриклеточных ионов в человеческом организме. Это одни из самых распространенных элементов на Земле. Особенно много этих ионов в воде Мирового океана, электролитный состав которой близок к электролитному составу крови [16].
     Калий и магний, как макроэлементы абсолютно необходимы для жизнедеятельности организма человека. Оба они являются макроэлементами, т.е. их уровень потребления в сутки составляет: калий – 3,5 г; магний – 0,8 г. кальций -  1 г. Как магний не может существовать без калия, так и калий не проявляет своих функциональных свойств без магния [16].
      Основная обязанность калия состоит в поддержании концентрации и физиологических функций магния - главного питательного вещества для сердца; если уровень одного из этих минералов в крови понижен, уровень другого, скорее всего, тоже будет низким [4].
     Важен тот факт, что как калий, так и магний способствуют защелачиванию организма, что является путем к здоровью на многие года. Кислая среда организма – это болезнь, щелочная – это здоровье! [12]
     Мышечная слабость и утомление – следствие низкого содержания магния и калия. Судороги ног, тоже связаны с низким содержанием, ка.......................